In risposta alla crescente scarsità d'acqua, Il ricercatore leader dell'Argonne National Laboratory Seth Darling descrive le innovazioni di ricerca più avanzate che potrebbero affrontare l'accessibilità globale dell'acqua pulita. Il suo articolo completo si concentra sulla comprensione e il controllo delle interfacce tra materiali e acqua.

Le interfacce determinano le prestazioni di tecnologie come sensori di qualità dell'acqua, membrane di filtrazione e persino tubi. I laboratori di Darling stanno lavorando su adsorbenti per migliorare il trattamento dell'acqua. Ha presentato le sue scoperte questa settimana nel Rivista di fisica applicata .

adsorbenti

L'adsorbimento è uno dei migliori meccanismi per pulire l'acqua. In questo processo, i contaminanti aderiscono alla superficie dei materiali porosi per massimizzare il rapporto superficie-volume.

Il carbone attivo altamente poroso è il più utilizzato perché è abbondante e poco costoso. Le zeoliti possono intrappolare intere molecole nelle loro strutture a gabbia cristallina 3-D, consentendo loro di legare selettivamente particolari composti da soluzioni a base acquosa. Gli assorbenti a base di polimeri hanno una flessibilità quasi illimitata nel loro design.

"Continueremo a fare affidamento [su] queste tecnologie comprovate, "Darling ha detto. "Ma c'è anche un urgente bisogno di assorbenti che siano più efficaci ed efficienti dal punto di vista energetico".

Riutilizzabilità

La riutilizzabilità è un parametro critico per i materiali assorbenti, che possono ridurre notevolmente i costi e aumentare la sostenibilità di un processo di trattamento. Le spugne in schiuma polimerica sono candidati promettenti per questo approccio.

Darling è a capo di un gruppo che ha creato l'Oleo Sponge, che può assorbire 90 volte il suo peso in olio attraverso l'intera colonna d'acqua. Per creare la Spugna Oleo, i ricercatori hanno implementato una tecnica chiamata sintesi di infiltrazione sequenziale (SIS). Usando il SIS, hanno fatto crescere l'ossido di metallo all'interno delle fibre di schiuma per trasformare la comune schiuma di poliuretano, si trova nei cuscini dei sedili, in un assorbente oleoso.

L'ossido funge da "colla" a cui si attaccano le molecole oleofile (oleofile). L'olio riutilizzabile viene estratto dalla spugna, quindi può essere usato ripetutamente.

Mirare ai singoli inquinanti

I ricercatori stanno anche progettando assorbenti di nuova generazione che hanno una maggiore specificità, un potere più vincolante per colpire i singoli inquinanti. Idealmente, i ricercatori potrebbero adattare le proprietà dell'interfaccia per assorbire molecole specifiche per catturare contaminanti dell'acqua difficili come nutrienti e metalli pesanti.

I ricercatori stanno ora studiando come riutilizzare le strutture metallo-organiche (MOF), un materiale già utilizzato nell'assorbimento del gas, per questo scopo. Relativo alle zeoliti, I MOF sono costituiti da ioni metallici o cluster legati da ligandi organici. I MOF hanno un'area superficiale elevata, strutture controllabili e pori sintonizzabili.

"Abbiamo una crisi idrica, che si basa sull'aumento della popolazione, urbanizzazione e cambiamento climatico. E c'è un uso insostenibile della nostra acqua, " Darling ha detto. "Parte dell'affrontare questo problema è attraverso soluzioni politiche, ma abbiamo anche bisogno di nuovi, tecnologie più efficienti dal punto di vista energetico ed economicamente vantaggiose".